(57)【要約】【課題】正負が非対称な波形を有する被測定信号の電気量を計測することが可能な技術を提供する。【解決手段】計測装置１０は、被測定信号の瞬時値データをサンプリングするサンプリング回路１２と、サンプリング回路１２によってサンプリングされた瞬時値データをデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換回路１３と、被測定信号の１周期平均値を毎周期算出して、算出された１周期平均値と瞬時値データとの交差を被測定信号の波形の立上がりであると判定する演算回路１４とを備える。【選択図】図１
2013117431.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定信号の瞬時値データをサンプリングするサンプリング回路と、
前記サンプリング回路によってサンプリングされた前記瞬時値データをデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換回路と、
前記被測定信号の１周期平均値を毎周期算出して、算出された１周期平均値と前記瞬時値データとの交差を前記被測定信号の波形の立上がりであると判定する演算回路とを備える、計測装置。
【請求項２】
前記演算回路は、前記立上がりとして判定された時点を周期の区切りとして、当該周期内でサンプリングされた前記瞬時値データを用いて、実効値および周波数の演算を含む演算を実行する、請求項１に記載の計測装置。
【請求項３】
前記演算回路は、前記被測定信号の波形にゼロクロスが所定期間発生しない場合、または１周期平均値が一定値を超過した場合のいずれかの場合において、１周期平均値と前記被測定信号の波形との交点を立上がりであると判定する、請求項１または２に記載の計測装置。
【請求項４】
前記演算回路は、前記瞬時値データに基づいて、前記瞬時値データに振動成分がなく一定値が継続された状態、あるいは停電状態を検出する、請求項１から３のいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項５】
前記瞬時値データの値が一定値のまま継続される場合には、前記演算回路は、前記一定値の継続期間が一定期間を超えると、強制的に実効値を算出する、請求項４に記載の計測装置。
【請求項６】
前記演算回路は、過去の計測値を参照値として保存しておき、強制更新と通常更新とが交互に繰り返される場合には、保存した参照値を利用して計測値を強制更新する、請求項１から５のいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項７】
被測定信号の瞬時値データをサンプリングするステップと、
前記サンプリングされた前記瞬時値データをデジタルデータに変換するステップと、
前記被測定信号の１周期平均値を毎周期算出して、算出された１周期平均値と前記瞬時値データとの交差を前記被測定信号の波形の立上がりであると判定するステップとを備える、計測方法。
【請求項８】
前記立上がりとして判定された時点を周期の区切りとして、当該周期内でサンプリングされた前記瞬時値データを用いて、実効値および周波数の演算を含む演算を実行するステップをさらに備える、請求項７に記載の計測方法。
【請求項９】
前記被測定信号の波形にゼロクロスが所定期間発生しない場合、または１周期平均値が一定値を超過した場合のいずれかの場合において、１周期平均値と前記被測定信号の波形との交点を立上がりであると判定するとするステップをさらに備える、請求項７または８に記載の計測方法。
【請求項１０】
前記瞬時値データに基づいて、前記瞬時値データに振動成分がなく一定値が継続された状態、あるいは停電状態を検出するステップをさらに備える、請求項７から９のいずれか１項に記載の計測方法。
【請求項１１】
前記瞬時値データの値が一定値のまま継続される場合には、前記一定値の継続期間が一定期間を超えると、強制的に実効値を算出するステップをさらに備える、請求項７から１０のいずれか１項に記載の計測方法。
【請求項１２】
過去の計測値を参照値として保存するステップと、
強制更新と通常更新とが交互に繰り返される場合には、保存した参照値を利用して計測値を強制更新するステップとをさらに備える、請求項７から１１のいずれか１項に記載の計測方法。
【請求項１３】
解析対象の信号の瞬時値データをサンプリングするサンプリング回路と、
前記サンプリング回路によってサンプリングされた前記瞬時値データをデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換回路と、
前記解析対象の信号の１周期平均値を毎周期算出して、算出された１周期平均値と前記瞬時値データとの交差を前記解析対象の信号の波形の立上がりであると判定する立上がり検出回路とを備える、解析装置。
【請求項１４】
解析対象の信号の瞬時値データをサンプリングするステップと、
前記サンプリング回路によってサンプリングされた前記瞬時値データをデジタルデータに変換するステップと、
前記解析対象の信号の１周期平均値を毎周期算出して、算出された１周期平均値と前記瞬時値データとの交差を前記解析対象の信号の波形の立上がりであると判定するステップとを備える、解析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流の電気量の計測および解析に関し、特に、デジタル計測および電磁解析において、交流の実効値を確定するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、交流の電圧あるいは電流の実効値をデジタル計測によって確定するために単一の周波数を有する正弦波を対象とした方法が採用されている。この方法は、波形をサンプリングして得られる瞬時値のデータを演算することにより、実効値を確定する方法である。
【０００３】
しかしながら、たとえば電力系統の配電線を流れる交流の電気量（電圧、電流など）は、基本波に高調波が重畳されている、あるいは、配電線に非線形の電流が流れるといった理由から、いわば正弦波から崩れた波形を有することが多い。このため現状では正確な実効値は把握されていない。
【０００４】
実効値を便宜的に求める方法としては、たとえば以下に示す方法が挙げられる。第１の方法は、正弦波を対象として、各時点における電気量の大きさを瞬時値データとしてサンプリングし、対象とする正弦波の１周期の間にサンプリングによって得られる瞬時値データを集約して演算して実効値を算出する方法である。たとえば特許文献１（特開２００５−１４８０２８号公報）および特許文献２（特開平９−３１８６７８号公報）は、交流信号から商用周波数付近の基本波成分をのみを抽出して、実効値を確定する方法を開示している。また、特許文献３（特開平１０−１７０５５６号公報）は、直流成分を排除することにより単一の周波数成分の実効値を確定する方法を開示している。
【０００５】
第２の方法は、サンプリングデータから、正弦波のゼロクロス時点を検出して、そのゼロクロス時点を基準とする半周期または１周期を単位として、サンプリングデータを集約および演算する方法である。たとえば特許文献４（特開平６−３０８１６７号公報）は、被測定入力信号を矩形波に整形し、その矩形波によってゼロクロスを発生させることにより、サンプリングを行なう方法を開示する。
【０００６】
一方で、歪波の実効値を確定する方法としては、交流波形から基本波成分を抽出して実効値を演算した後に、歪波としての実効値を確定する方法がある。歪波あるいは非対称波が三角波、方形波といったように正弦波からの変換係数が既知なものであれば、フィルタ等によって基本波成分を抽出して、その基本波成分の実効値を確定し、次に、その既知の変換係数を基本波成分の実効値に乗じることで歪波の実効値を確定するという方法が用いられる。あるいは、基本波に高調波成分が重畳している場合には、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）を用いて高調波成分を分離、抽出して、周波数成分ごとにサンプリングおよび実効値の演算を行ない、最後に周波数成分ごとの実効値を合成して、全体としての実効値を確定する方法が用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−１４８０２８号公報
【特許文献２】特開平９−３１８６７８号公報
【特許文献３】特開平１０−１７０５５６号公報
【特許文献４】特開平６−３０８１６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
被測定信号にＤＣ成分が重畳したり、波形整形が行なわれたりした場合に、被測定信号の波形が電圧あるいは電流の基準（０準位）から離れることが考えられる。このような場合には、ゼロクロス点を基準として被測定信号をサンプリングする従来の計測方法では、実効値を正確に計測できない可能性、あるいは、実効値の計測を継続することが困難になる可能性がある。
【０００９】
本発明の目的は、正負が非対称な波形を有する被測定信号の電気量を計測することが可能な技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のある局面に係る計測装置は、被測定信号の瞬時値データをサンプリングするサンプリング回路と、サンプリング回路によってサンプリングされた瞬時値データをデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換回路と、被測定信号の１周期平均値を毎周期算出して、算出された１周期平均値と瞬時値データとの交差を被測定信号の波形の立上がりであると判定する演算回路とを備える。
【００１１】
好ましくは、演算回路は、立上がりとして判定された時点を周期の区切りとして、当該周期内でサンプリングされた瞬時値データを用いて、実効値および周波数の演算を含む演算を実行する。
【００１２】
好ましくは、演算回路は、被測定信号の波形にゼロクロスが所定期間発生しない場合、または１周期平均値が一定値を超過した場合のいずれかの場合において、１周期平均値と被測定信号の波形との交点をゼロクロスの代用として、立上がりと判定する。
【００１３】
好ましくは、演算回路は、瞬時値データに基づいて、瞬時値データに振動成分がなく一定値が継続された状態、あるいは停電状態を検出する。
【００１４】
好ましくは、瞬時値データの値が一定値のまま継続される場合には、演算回路は、一定値の継続期間が一定期間を超えると、強制的に実効値を算出する。
【００１５】
好ましくは、演算回路は、過去の計測値を参照値として保存しておき、強制更新と通常更新とが交互に繰り返される場合には、保存した参照値を利用して計測値を強制更新する。
【００１６】
本発明の他の局面に係る計測方法は、被測定信号の瞬時値データをサンプリングするステップと、サンプリングされた瞬時値データをデジタルデータに変換するステップと、被測定信号の１周期平均値を毎周期算出して、算出された１周期平均値と瞬時値データとの交差を被測定信号の波形の立上がりであると判定するステップとを備える。
【００１７】
好ましくは、計測方法は、立上がりとして判定された時点を周期の区切りとして、当該周期内でサンプリングされた瞬時値データを用いて、実効値および周波数の演算を含む演算を実行するステップをさらに備える。
【００１８】
好ましくは、計測方法は、被測定信号の波形にゼロクロスが所定期間発生しない場合、または１周期平均値が一定値を超過した場合のいずれかの場合において、１周期平均値と被測定信号の波形との交点をゼロクロスの代用として、立上がりと判定するステップをさらに備える。
【００１９】
好ましくは、計測方法は、瞬時値データに基づいて、瞬時値データに振動成分がなく一定値が継続された状態、あるいは停電状態を検出するステップをさらに備える。
【００２０】
好ましくは、計測方法は、瞬時値データの値が一定値のまま継続される場合には、一定値の継続期間が一定期間を超えると、強制的に実効値を算出するステップをさらに備える。
【００２１】
好ましくは、計測方法は、過去の計測値を参照値として保存するステップと、強制更新と通常更新とが交互に繰り返される場合には、保存した参照値を利用して計測値を強制更新するステップとをさらに備える。
【００２２】
本発明のさらに他の局面に係る解析装置は、解析対象の信号の瞬時値データをサンプリングするサンプリング回路と、サンプリング回路によってサンプリングされた瞬時値データをデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換回路と、解析対象の信号の１周期平均値を毎周期算出して、算出された１周期平均値と瞬時値データとの交差を解析対象の信号の波形の立上がりであると判定する立上がり検出回路とを備える。
【００２３】
本発明のさらに他の局面に係る解析方法は、解析対象の信号の瞬時値データをサンプリングするステップと、サンプリング回路によってサンプリングされた瞬時値データをデジタルデータに変換するステップと、解析対象の信号の１周期平均値を毎周期算出して、算出された１周期平均値と瞬時値データとの交差を解析対象の信号の波形の立上がりであると判定するステップとを備える。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、たとえばＤＣ成分が重畳した波形、整形波形といったような正負が非対称な波形を有する被測定信号の電気量を計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る計測装置の概略構成を示したブロック図である。
【図２】図１に示した演算回路１４による処理の１つの具体例を説明するための第１のフローチャートである。
【図３】図２に示されたフローに続く処理フローを説明するための第２のフローチャートである。
【図４】図２のステップＳ１に続く処理を説明するフローチャートである。
【図５】図２のステップＳ５に続く処理を説明するフローチャートである。
【図６】停電、ＤＣ波形での実効値を検出するための処理の１つの具体例を説明するためのフローチャートである。
【図７】計測値を強制更新させた際に、通常更新と強制更新とが交互に繰り返されることを防止する処理を説明するためのフローチャートである。
【図８】従来の計測では問題となる波形の一例を示した図である。
【図９】従来の計測では問題となる波形の別の例を示した図である。
【図１０】従来の計測では問題となる波形のさらに別の例を示した図である。
【図１１】図８に示した波形図の一部を取り出した図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態に係る電磁解析装置の概略構成を示したブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰り返さない。
【００２７】
［実施の形態１］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る計測装置の概略構成を示したブロック図である。図１を参照して、計測装置１０は、入力回路１１と、サンプリング回路１２と、Ａ／Ｄ変換回路１３と、演算回路１４と、出力回路１５とを備える。
【００２８】
図１に示した構成は、たとえばＣＰＵ、ＤＳＰ、メモリ等のハードウェア、あるいは、ＣＰＵ、ＤＳＰ等で実行されるソフトウェア、または、ハードウェア及びソフトウェアの任意の組み合わせ等によって実現可能である。したがって、図１に示した構成を実現するための手段は特に限定されるものではない。
【００２９】
入力回路１１には、交流電圧などの被測定信号が入力される。サンプリング回路１２は、基準時点から被測定信号をサンプリングすることで被測定信号の瞬時値データを取得する。この実施の形態ではサンプリング周波数は適切な周波数に固定されるものとする。
【００３０】
サンプリング回路１２によってサンプリングされたデータは、Ａ／Ｄ変換回路１３においてデジタルデータに変換されて、演算回路１４に入力される。演算回路１４は、被測定信号の１周期の間にサンプリングによって得られるデジタルデータを集約して演算することにより、交流電圧の実効値を算出する。実効値の算出方法は、公知の様々な手法を適用できるのでここでは詳細な説明を繰り返さないが、たとえば、デジタルデータの二乗値を累積して累積値の期間平均値の平方根を実効値とする方法が用いられる。演算回路１４によって算出された実効値は出力回路１５を通じて出力される。
【００３１】
演算回路１４は、立上がり検出回路１６と、フィルタ１７と、採択域設定回路１８と、実効値演算回路１９とを備える。立上がり検出回路１６は、Ａ／Ｄ変換回路１３から出力された被測定信号のデータ（デジタルデータ）に基づいて、その被測定信号（入力波形）の立上がりを検出する。
【００３２】
次に図１に示した演算回路１４による立上がりの検出および実効値の演算について詳しく説明する。以下に説明する図２〜図７の処理は、ＤＣ成分重畳、整形波形等、正負が非対称となる波形に対する処理である。このような、ＤＣ成分重畳、整形波形等、正負が非対称となる波形に対する処理を、本明細書では「ＤＣ処理」と呼称する。図２は、図１に示した演算回路１４による処理の１つの具体例を説明するための第１のフローチャートである。図３は、図２に示されたフローに続く処理フローを説明するための第２のフローチャートである。図２および図３に示した処理は、データがサンプリングされるごとに実行される。
【００３３】
図２および図３を参照して、ステップＳ１において、演算回路１４は、サンプリングされたデータによって、ゼロクロス点での立上がりまたは基準値での立上がりのいずれかが検出されるかどうかを判定する。この発明の実施の形態では、「基準値」とは、一周期平均値としており、０も基準値となり得るが、本件では０以外を基準値と呼称する。
【００３４】
また、この処理では、有効な立上がりのみが対象とされる。検出された立上がりが、フィルタ１７で設定された採択域（時間幅）に含まれる場合、その立上がりが採択される。一方、検出された立上がりが採択域から外れている場合には、その立上がりが棄却される。なお、上記の採択域の設定については、特願２０１１−０５６４７９号明細書および図面に記載の方法を適用することができる。
【００３５】
サンプリングされたデータが、ゼロクロス点での立上がりまたは基準値での立上がりを示す場合（ステップＳ１においてＹＥＳ）、処理はステップＳ２に進む。一方、サンプリングされたデータが、ゼロクロス点での立ち上がりおよび基準値での立上がりのいずれも示していない場合（ステップＳ１においてＮＯ）、図２において符号「Ａ」で示されるように、図４の処理へと進む。
【００３６】
ステップＳ２において、実効値の１周期平均値（以下、単に「１周期平均値」と呼ぶ）が算出される。具体的には、瞬時値累積値を１周期で割ることで１周期平均値が算出される。ステップＳ２の処理において用いられる１周期の期間とは、前回の処理ループでのステップＳ１において採択された立上がりから、今回の処理ループでのステップＳ１において採択された立上がりまでの期間である。
【００３７】
ステップＳ３において、実効値の１周期平均において有意値が検出されるかどうかが判定される。具体的には、１周期平均値の絶対値がある指定値の絶対値より大きい場合に、有意値が検出されたと判定される。有意値が検出されるということは、被測定信号の振幅の中心が０から外れていることを意味する。なお、有意値が検出されたかどうかの判定に用いられる指定値をどのように決めるかは特に限定されるものではない。たとえば測定装置の測定能力（たとえば分解能）あるいは測定の目的に応じて、指定値を適切に定めることができる。
【００３８】
１周期平均値が有意値として検出された場合（ステップＳ３においてＹＥＳ）、処理はステップＳ４に進む。一方、１周期平均値が有意値として検出されない場合（ステップＳ４においてＮＯ）、処理はステップＳ５に進む。
【００３９】
先にステップＳ５以後の処理について説明する。ステップＳ５において、ステップＳ１で検出された立上がりがゼロクロス立上がりであるかどうかが判定される。検出された立上がりがゼロクロス立上がりである場合（ステップＳ５においてＹＥＳ）、符号「Ｂ」で示されるように、処理は後述するステップＳ５１（図５を参照）に進む。一方、検出された立上がりがゼロクロス立上がりでない場合（ステップＳ５においてＮＯ）、ステップＳ６において基準値がクリアされる、さらに、ステップＳ７においてＤＣフラグＡが−１に設定される。ステップＳ７の処理が実行された後、符号「Ｄ」で示されるように、処理はステップＳ９Ａに進む。ステップＳ９ＡにおいてＤＣフラグＢ＝１かつＤＣフラグＣ≧２の条件が成立するかどうかが判定される。ＤＣフラグＢ＝１かつＤＣフラグＣ≧２の条件が成立すると判定された場合（ステップＳ９ＡにおいてＹＥＳ）、処理はステップＳ１１に進む。一方、ＤＣフラグＢ＝１かつＤＣフラグＣ≧２の条件が成立しないと判定された場合（ステップＳ９ＡにおいてＮＯ）、処理はステップＳ１０に進む。
【００４０】
次にステップＳ４を説明する。ステップＳ４において、ＤＣフラグＡの値が判定される。ＤＣフラグＡは、１周期平均値の変化を示すフラグである。この実施の形態では、以下のようにＤＣフラグＡの値が設定される。
【００４１】
（１）１周期平均値が０から有意値に変化した場合：ＤＣフラグＡ＝１
（２）新しい状態に移った後、初めて１周期を同じ状態で累積、平均したときの場合：ＤＣフラグＡ＝２
（３）１周期平均値が有意値から０に変化した場合：ＤＣフラグＡ＝−１
（４）１周期平均値が０を継続している場合：ＤＣフラグＡ＝０
（５）１周期平均値がある有意値から別の有意値に変化した場合：ＤＣフラグＡ＝１０
（６）１周期平均値が同じ有意値を継続している場合：ＤＣフラグＡ＝１００
ＤＣフラグＡの値が０に等しい場合、処理はステップＳ８〜Ｓ１３へと進む。ＤＣフラグＡの値が０より小さい場合、処理はステップＳ１４〜Ｓ１７あるいはＳ１４，Ｓ１８〜Ｓ２０へと進む。ＤＣフラグＡの値が０より大きい場合、符号「Ｅ」で示されるように、処理は図３に示されたステップフローに従って進む。
【００４２】
（Ｉ．ステップＳ８〜Ｓ１３の処理）
ステップＳ８において、ＤＣフラグＡが１に設定される。ステップＳ９において、基準値として前回の値が引き継がれる。
【００４３】
ステップＳ１０において、実効値・周波数演算（１）が実行される。実効値・周波数演算（１）では、実効値および周波数は以下の式に従って算出される。
【００４４】
＜実効値・周波数演算（１）＞
（実効値）＝｛（瞬時値自乗累積値）／（採択立上がりから検出立上がりまでの経過時間）｝1/2
（周波数）＝１／（採択立上がりから検出立上がりまでの経過時間）
ここで（）1/2は平方根（√）を示す。
【００４５】
続いてステップＳ１１において棄却フラグがクリアされる。棄却フラグは、１周期平均値を早く収束させるための１つの方策としてこの実施の形態で用いられる。前回と状態が変化した場合、すなわち基準値が変化したが、前回採択立上がりからまだ１周期が経過していない場合に棄却フラグが１に設定される。続いてステップＳ１２において、瞬時値累積値として検出値が設定される。続いてステップＳ１３において、瞬時値自乗累積値として検出値の自乗値が設定される。実効値および周波数を、演算回路１４の出力として、出力回路１５を介して出力する。ステップＳ１２，Ｓ１３は、新しい周期の累積値として改めて累積をやり直す処理である。
【００４６】
（ＩＩ．ステップＳ１４〜Ｓ１７の処理）
ステップＳ１４において、前回採択された立上がりから今回検出された立上がりまで、１周期以上の期間が経過したかどうかが判定される。ここでの「１周期」とは前回処理ループで決定された期間である。前回採択された立上がりから今回検出された立上がりまで１周期以上の期間が経過した場合（ステップＳ１４においてＹＥＳ）、ステップＳ１５において、基準値として１周期平均値が設定される。さらに、ステップＳ１６において、実効値・周波数演算（２）が実行される。実効値・周波数演算（２）では、実効値および周波数は以下の式に従って算出される。
【００４７】
＜実効値・周波数演算（２）＞
（実効値）＝｛（瞬時値自乗累積値）／（採択立上がりから検出立上がりまでの経過時間）｝1/2
（周波数）＝１／（棄却立上がり（または前回の採択の立上がり）から検出立上がりまでの経過時間）
処理履歴によって異なる。棄却フラグが立っている状態でのみ棄却立上がりとなる。
【００４８】
続いて、ステップＳ１７において、ＤＣフラグＡが１０に設定される。ステップＳ１７の後、処理は上述のステップＳ１１に進む。
【００４９】
（ＩＩＩ．ステップＳ１４，Ｓ１８〜Ｓ２０の処理）
ステップＳ１４において、前回採択された立上がりから今回検出された立上がりまで、１周期未満の期間しか経過していない場合（ステップＳ１４においてＮＯ）、ステップＳ１８において瞬時値累積値がクリアされる。続いて、ステップＳ１９において、立上がり時刻が暫定的に保存されると共に、立上がりが棄却される。続いてステップＳ２０において棄却フラグが１に設定される。
【００５０】
次にステップＳ４において、ＤＣフラグＡが０より大きいと判定された場合の処理について図３を参照しながら説明する。
【００５１】
まずステップＳ２１において、ＤＣフラグＡの値が判別される。ＤＣフラグＡの値が１または１０である場合、処理はステップＳ２２に進む。ステップＳ２２において、基準値として１周期平均値が設定される。続いてステップＳ２３においてＤＣフラグＡが２に設定される。ステップＳ２３の処理の後は符号「Ｄ」で示されるように図２のステップＳ９Ａの処理が実行される。
【００５２】
ステップＳ２１においてＤＣフラグＡが２である場合には、ステップＳ２５以後の処理（後述）が実行される。ステップＳ２１においてＤＣフラグＡが１、２、１０以外の値である場合には、ステップＳ２６の処理が実行される。
【００５３】
ステップＳ２５において、前回採択された立上がりから今回検出された立上がりまで、１周期以上の期間が経過したかどうかが判定される。前回採択された立上がりから今回検出された立上がりまで、１周期以上の期間が経過した場合（ステップＳ２５においてＹＥＳ）、処理はステップＳ２６に進む。前回採択された立上がりから今回検出された立上がりまで、１周期未満の期間しか経過していない場合（ステップＳ２５においてＮＯ）、符号「Ｃ」で示されるように、処理は図２のステップＳ１８に進む。
【００５４】
ステップＳ２６において、１周期平均値が継続されているかどうかが判断される。１周期平均値が変化している場合（ステップＳ２６においてＮＯ）、ステップＳ２７においてＤＣフラグＡが１０に設定される。以後、符号「Ｇ」で示されるように、処理は図２のステップＳ９に進む。
【００５５】
１周期平均値が同じ値で継続されていると判定された場合（ステップＳ２６においてＹＥＳ）、ステップＳ２８において、基準値として１周期平均値が設定される。続いて、ステップＳ２９において、棄却フラグが０であるかどうかが判定される。
【００５６】
棄却フラグが０である場合（ステップＳ２９においてＹＥＳ）、ステップＳ３０においてＤＣフラグＡが１００に設定される。続いて、ステップＳ３１において振動成分ウェイトが算出される。「振動成分ウェイト」とは、被測定信号が振動しているかどうかを判定するための指標であり、以下の式に従って算出される。
【００５７】
（振動成分ウェイト）＝（最大値−最小値）／（実効値）
続いてステップＳ３２において、振動成分ウェイトが閾値より小さいかどうかが判定される。閾値は、被測定信号をＤＣ信号と見なすかどうかの判定値であり、適切に設定可能である。振動成分ウェイトが閾値以上の場合、符号「Ｄ」で示されるように、処理は図２のステップＳ９Ａに進む。この場合には、被測定信号にＡＣ成分が含まれていると判定されたことになる。一方、振動成分ウェイトが閾値未満である場合、処理はステップＳ３３に進む。
【００５８】
ステップＳ３３において、実効値として基準値が設定される。さらに、周波数が０に設定される。処理がステップＳ３３に進む場合、被測定信号にＡＣ成分が含まれていない（ＤＣのみ）と判定されたことになるので、上記のように実効値および周波数が設定される。
【００５９】
次にステップＳ３４において現スパン（現周期）が基準周期以上であるかどうかが判定される。基準周期とは、たとえば被測定信号の基本成分の周期として定めることができ、たとえば交流電圧の場合には、５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚの周期として設定することができる。
【００６０】
現スパンが基準周期以上である場合（ステップＳ３４においてＹＥＳ）、ステップＳ３５において暫定周期として基準周期が設定される。一方、現周期が基準周期未満である場合（ステップＳ３４においてＮＯ）、ステップＳ３６において暫定周期として現周期が設定される。ステップＳ３５，Ｓ３６では、現周期および基準周期のうちの短いほう（すなわち周波数の高いほう）が暫定周期として選択される。周波数の高いほうが選択されることで、処理時間を短縮することができる。
【００６１】
ステップＳ３５またはＳ３６の処理の後、ステップＳ３７において瞬時値累積値として検出値が設定される。さらに、ステップＳ３８において、瞬時値自乗累積値として検出値の自乗値が設定される。
【００６２】
ステップＳ２９の説明に戻る。ステップＳ２９において棄却フラグが０でない場合（ステップＳ２９においてＮＯ）、ステップＳ３９においてＤＣフラグＡが５に設定される。続いてステップＳ４０において、上記の実効値・周波数演算（２）が実行される。ステップＳ４０の処理の後、符号「Ｆ」で示されるように、処理は図２のステップＳ１１へと進む。
【００６３】
図４は、図２のステップＳ１に続く処理を説明するフローチャートである。この処理は、図２のフローチャートにおいて、ゼロクロス点での立ち上がりおよび基準値での立上がりのいずれも示していない場合（ステップＳ１においてＮＯ）に実行される。図４を参照して、ステップＳ４１において、現瞬時値累積値に検出値（サンプリングされたデータ）を加えた値が新しい瞬時値累積値とされる。次にステップＳ４２において、現瞬時値自乗累積値に検出値の自乗値を加えた値が新しい瞬時値自乗累積値とされる。
【００６４】
続いてステップＳ４３において、ＤＣフラグＡが０であるかどうかが判定される。ＤＣフラグＡが０である場合（ステップＳ４３においてＹＥＳ）、ＤＣ処理が終了する。一方、ＤＣフラグＡが０でない場合（ステップＳ４３においてＮＯ）、ステップＳ４４において、ピーク値（最大値および最小値）の更新が行なわれる。具体的に説明すると、演算回路１４は、ピーク値を記憶する。現処理ルーチンにおいて、実効値および周波数を特定する周期における最大値および最小値を保持する。これらは実効値との対比により図３のステップＳ３１に示された振動成分ウェイトの算出に用いられる。
【００６５】
図５は、図２のステップＳ５に続く処理を説明するフローチャートである。すなわち図５に示した処理は、図２のフローチャートにおいて、１周期平均値として有意値が検出されず（ステップＳ３においてＮＯ）、ゼロクロス立上がりである場合（ステップＳ５においてＹＥＳ）の処理である。図５を参照して、ステップＳ５１において、ＤＣフラグＡが０であるかどうかが判定される。ＤＣフラグＡが０である場合（ステップＳ５１においてＹＥＳ）、ステップＳ５２において、上述の実効値・周波数演算（１）が実行されて実効値および周波数が算出される。一方、ＤＣフラグＡが０でない場合（ステップＳ５１においてＮＯ）、ステップＳ５３において、上述の実効値・周波数演算（２）が実行されて実効値および周波数が算出される。
【００６６】
ステップＳ５２またはＳ５３の処理に続き、ステップＳ５４では瞬時値累積値として検出値が設定される。次に、ステップＳ５５において瞬時値自乗累積値として検出値の自乗値が設定される。実効値および周波数を、演算回路１４の出力として、出力回路１５を介して出力する。続いてステップＳ５６においてＤＣフラグＡがクリアされる。ステップＳ５６の処理が終了すると、ＤＣ処理が終了する。
【００６７】
さらにこの実施の形態では、ＤＣ波形のように、瞬時値データに振動成分がなく一定値が継続された状態あるいは停電状態（振動成分もなく電圧値が０の状態）を検出することも可能である。さらに、瞬時値データが一定値を継続する場合には、一定期間をもって強制的に実効値を算出し、周波数計測値を０にする。
【００６８】
図６は、停電、ＤＣ波形での実効値を検出するための処理の１つの具体例を説明するためのフローチャートである。図６を参照して、ステップＳ６１において、検出値が一定値を継続しているかどうかが判定される。検出値が一定値を継続している場合（ステップＳ６１においてＹＥＳ）、ステップＳ６２において、その継続時間が１周期以上であるかどうかが判定される。ステップＳ６２において、検出値が一定値を継続している時間が１周期未満である場合（ステップＳ６２においてＮＯ）、処理はステップＳ６６に進む。一方、継続時間が１周期以上である場合（ステップＳ６２においてＹＥＳ）、処理はステップＳ６３に進む。ステップＳ６２において、継続時間が１周期未満である場合（ステップＳ６２においてＮＯ）、ステップＳ６６において、周波数が測定下限以下であるかどうかが判定される。周波数が測定下限より大きい場合（ステップＳ６６においてＮＯ）、処理はリターンする。周波数が測定下限以下の場合（ステップＳ６６においてＹＥＳ）、処理はステップＳ６３に進む。
【００６９】
ステップＳ６３において検出値が０であるかどうかが判定される。検出値が０である場合（ステップＳ６３においてＹＥＳ）、ステップＳ６４において実効値＝０、周波数＝０とされる。すなわち停電状態が検出される。ステップＳ６３において検出値が０とは異なる値である場合（ステップＳ６３においてＮＯ）、ステップＳ６５において実効値は検出値とされ、周波数＝０とされる。すなわちＤＣ波形の実効値が検出される。
【００７０】
また、ステップＳ６１において、検出値が一定値を継続していない場合（ステップＳ６１においてＮＯ）、ステップＳ６７において、前回更新後立上がりが未検出であるかどうかが判定される。立上がりが検出されている場合（ステップＳ６７においてＮＯ）、処理はリターンする。立上がりが未検出である場合（ステップＳ６７においてＹＥＳ）、ステップＳ６８において、前回更新後にピーク値の更新があったかどうかが判定される。
【００７１】
ピーク値の更新があった場合（ステップＳ６８においてＹＥＳ）、ステップＳ６９において、ピーク値が漸増または漸減しているかどうかが判定される。たとえば最大値または最小値のうち更新が片方のみであれば漸増または漸減していると判定される。なお、この判定方法は一例であり、種々の方法を採用できる。
【００７２】
漸増でも漸減でもない場合（ステップＳ６９においてＮＯ）、処理はリターンする。一方、漸増または漸減である場合（ステップＳ６９においてＹＥＳ）、処理はステップＳ７０に進む。また、ステップＳ６８において、前回更新後にピーク値の更新がなかったと判定された場合（ステップＳ６８においてＮＯ）にも、処理はステップＳ７０に進む。
【００７３】
ステップＳ７０において、更新後経過時間が規定期間以上であるかどうかが判定される。更新後経過時間が規定期間未満である場合（ステップＳ７０においてＮＯ）、処理はリターンする。更新後経過時間が規定期間以上である場合（ステップＳ７０においてＹＥＳ）、ステップＳ７１において、暫定周波数として更新後経過時間の逆数（＝１／更新後経過時間）が設定される。続いてステップＳ７２において、実効値として（検出値自乗累積値）／（更新後経過時間）の平方根が設定される。
【００７４】
図６に示された処理全体によって、ＤＣ波形のように、瞬時値データに振動成分がなく一定値が継続された状態あるいは停電状態（振動成分もなく電圧値が０の状態）が検出される。特に、ステップＳ６４またはＳ６５またはＳ７１＋Ｓ７２の処理によって、実効値および周波数が設定される。瞬時値データが一定値を継続する場合には、一定期間をもって強制的に実効値が算出される。Ｓ６４，Ｓ６５の処理では、さらに周波数計測値を０にする。
【００７５】
さらにこの実施の形態では、直前を含めて過去の計測値、計測データ等を参照値として保存しておき、強制更新と通常更新とが交互に繰り返される場合には、この参照値を利用して計測値を強制更新させる。このような処理の１つの具体例を以下に説明する。なお、強制更新においては、直前に確定された周波数の１／２の周波数が今回の周波数として確定される。この直前に確定された周波数の１／２の周波数は、今回の周波数の一例であって、今回の周波数はこれに限定されるものではない。
【００７６】
図７は、計測値を強制更新させた際に、通常更新と強制更新とが交互に繰り返されることを防止する処理を説明するためのフローチャートである。図７を参照して、ステップＳ８０において強制更新があったかどうかが判定される。強制更新がない場合（ステップＳ８０においてＮＯ）、ステップＳ８１においてＤＣフラグＢ（ＤＣフラグＡと異なる）に１が加算される。ステップＳ８２において、ＤＣフラグＢが２以上であるかどうかが判定される。ＤＣフラグＢが２以上である場合（ステップＳ８２においてＹＥＳ）、ステップＳ８３においてＤＣフラグＣがクリアされる。続いてステップＳ８５において、参照値Ｒに実効値が設定される。また参照値Ｆとして周波数が設定される。
【００７７】
ＤＣフラグＢが２未満である場合（ステップＳ８２においてＮＯ）、ステップＳ８４においてＤＣフラグＣが２以下であるかどうかが判定される。ＤＣフラグＣが２未満である場合（ステップＳ８４においてＹＥＳ）、処理はリターンする。ＤＣフラグＣが２より大きい場合（ステップＳ８４においてＮＯ）、処理は後述するステップＳ８９に進む。
【００７８】
ステップＳ８０において強制更新があったと判定された場合（ステップＳ８０においてＹＥＳ）、ステップＳ８６において、ＤＣフラグＢが１であるかどうかが判定される。ＤＣフラグＢが１ではない場合（ステップＳ８６においてＮＯ）、ステップＳ９４においてＤＣフラグＢがクリアされる。この場合、処理は符号「Ｈ」で示されるように、図３のステップＳ３１へと進む。ＤＣフラグＢが１である場合（ステップＳ８６においてＹＥＳ）、ステップＳ８７において、ＤＣフラグＣに１を加算する。
【００７９】
続いてステップＳ８８において、ＤＣフラグＣが２以上であるかどうかが判定される。ＤＣフラグＣが２未満である場合（ステップＳ８８においてＮＯ）、処理はステップＳ９４に進む。ＤＣフラグＣが２以上である場合（ステップＳ８８においてＹＥＳ）、処理はステップＳ８９に進む。
【００８０】
ステップＳ８９において、周波数が０であるかどうかが判定される。周波数が０である場合（ステップＳ８９においてＹＥＳ）、処理はステップＳ９４に進む。周波数が０でない場合（ステップＳ８９においてＮＯ）、処理はステップＳ９０に進む。
【００８１】
ステップＳ９０において、参照値Ｆの１／２が測定下限以下であるかどうかが判定される。参照値Ｆの１／２が測定下限以下である場合（ステップＳ９０においてＹＥＳ）、ステップＳ９１において周波数として測定下限値が設定される。参照値Ｆの１／２が測定下限より大きい場合（ステップＳ９０においてＮＯ）、ステップＳ９２において周波数として参照値Ｆの１／２が設定される。
【００８２】
ステップＳ９３において、実効値として参照値Ｒが設定される。ステップＳ９３の処理に続いてステップＳ９４の処理が実行され、ＤＣフラグＢがクリアされる。
【００８３】
図８は、従来の計測では問題となる波形の一例を示した図である。図８を参照して、ＤＣ成分の重畳によって、正弦波の中心値が遷移する。この例では、正弦波の中心値が正側に遷移する。
【００８４】
さらに時刻ｔ１以後においては正弦波の波高値の低減のためにゼロクロスが発生しなくなる。さらに時刻ｔ２以後においては振動成分がなくなり、一定値が継続される。
【００８５】
図９は、従来の計測では問題となる波形の別の例を示した図である。図９では、裾切りされた正弦波が示されている。この波形の場合にはゼロクロスが存在しない。また、１周期の間において、電圧値が変化する時間（Ｔ１）よりも電圧値が一定に保たれる時間（Ｔ２）のほうが長くなっている。
【００８６】
図１０は、従来の計測では問題となる波形のさらに別の例を示した図である。図１０では、台形波が示されている。図９に示した波形と同様に、ゼロクロスが存在しない。下限値の継続時間（Ｔ３）よりも上限値の継続時間（Ｔ４）のほうが長くなっている。
【００８７】
本実施の形態では、このようなＤＣ重畳波形、あるいは整形波形に対して実効値を確定させることができる。以下、図８に示された波形を代表例に用いて、本実施の形態に係る処理を具体的に説明する。
【００８８】
図１１は、図８に示した波形図の一部を取り出した図である。図１１を参照して、点Ｐ０は、ゼロクロスでの立ち上がりを示す。点Ｐ０以前においては、ＤＣ成分の大きさが０である。点Ｐ１もゼロクロスでの立ち上がりを表している。ただし、点Ｐ１が検出される時点において正弦波にはＤＣ成分が重畳している。
【００８９】
図２および図１１を参照して、点Ｐ１での立ち上がりすなわちゼロクロスでの立ち上がりが検出される（ステップＳ１でＹＥＳ）。ステップＳ２において１周期平均値が算出される。ここでの１周期平均値とは、点Ｐ０から点Ｐ１までの平均値である。
【００９０】
ＤＣ成分が正弦波に重畳しているので、１周期平均値として有意値が検出される（ステップＳ３においてＹＥＳ）。したがってステップＳ４においてＤＣフラグＡの値が判別される。このときのＤＣフラグＡの値は０であるので、処理はステップＳ８に進み、ＤＣフラグＡ＝１が設定される。
【００９１】
続いてステップＳ９において、基準値として前回値が引き継がれる。次にステップＳ１０において、実効値・周波数演算（１）が実行される。ステップＳ１１において棄却フラグがクリアされる。ステップＳ１２において瞬時値累積値として検出値が設定される。ステップＳ１３において瞬時値自乗累積値として検出値の自乗値が設定される。
【００９２】
次に、点Ｐ２における立ち上がりがステップＳ１において検出される（ステップＳ１においてＹＥＳ）、ステップＳ２において１周期平均値が算出される。ここでの１周期平均値とは、点Ｐ１から点Ｐ２までの平均値である。１周期平均値として有意値が検出される（ステップＳ３においてＹＥＳ）。したがってステップＳ４においてＤＣフラグＡの値が判別される。このときのＤＣフラグＡは１であるので、符号「Ｅ」で示されるように、処理は図３に示されたフローに進む。
【００９３】
図３を参照して、ＤＣフラグＡ＝１であるので、処理はステップＳ２１からステップＳ２２へと進み、基準値として１周期平均値が設定される。ステップＳ２３でＤＣフラグＡ＝２を設定する。次に符号「Ｄ」に示されるように、処理は再び図２のフローのステップＳ９Ａに戻る。ステップＳ９ＡにおいてＤＣフラグＢ＝１かつＤＣフラグＣ≧２の条件が成立しないと判定され、ステップＳ１０において、実効値・周波数演算（１）が実行される。ステップＳ１１において棄却フラグがクリアされる。ステップＳ１２において瞬時値累積値として検出値が設定される。ステップＳ１３において瞬時値自乗累積値として検出値の自乗値が設定される。
【００９４】
次にステップＳ１から処理が実行されるが、立上がりが検出され（ステップＳ１においてＹＥＳ）、１周期平均値が算出される（ステップＳ２）。１周期平均で有意値が検出される（ステップＳ３においてＹＥＳ）。ＤＣフラグＡが２であるので、処理は図３に示すフローに移り、ステップＳ２１からステップＳ２５へと進む。
【００９５】
ステップＳ２５において、前の１周期よりも長い時間が経過しているので、前回採択立ち上がりから１周期以上が経過したと判定される（ステップＳ２５においてＹＥＳ）。次に、ステップＳ２６において、１周期平均値（ステップＳ２で算出）が継続されているかどうかが判定される。１周期平均値が変化している（上昇中である）ため（ステップＳ２６においてＮＯ）、ステップＳ２７においてＤＣフラグＡ＝１０が設定される。続いて符号「Ｇ」で示されるように、処理は図２のステップＳ９に進む。ステップＳ９において基準値として前回値が引き継がれる。次にステップＳ１０において、実効値・周波数演算（１）が実行される。ステップＳ１１において棄却フラグがクリアされる。ステップＳ１２において瞬時値累積値として検出値が設定される。ステップＳ１３において瞬時値自乗累積値として検出値の自乗値が設定される。
【００９６】
続いて、ステップＳ１から処理が開始されると、処理は、ステップＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ２１，Ｓ２２，Ｓ２３の順に進みＤＣフラグＡ＝２が設定され、ステップＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１３へと処理が進む。次にステップＳ１から処理が開始されると、処理は、ステップＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ２１，Ｓ２５，Ｓ２６の順に進み、１周期平均値が継続していない場合にはステップＳ２７においてＤＣフラグＡ＝１０が設定され、ステップＳ９，Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１３の処理が実行される。１周期平均値が継続していない間、上記の処理が繰り返される。
【００９７】
一方、１周期平均値が継続していると判定された場合、ステップＳ２８において、基準値として１周期平均値が設定される。続いてステップＳ２９において棄却フラグ＝０であるかどうかが判定される。この場合、棄却フラグ＝０であるので、処理はステップＳ３０に進み、ＤＣフラグＡ＝１００が設定される。
【００９８】
続いてステップＳ３１において振動成分ウェイトが算出される。この場合、振動成分ウェイトは閾値以上である。したがって符号「Ｄ」で示されるように、処理は図２のステップＳ９Ａに進む。「ＤＣフラグＢ＝１かつＤＣフラグＣ≧２」の条件が成立しないためステップＳ１０において実効値・周波数演算（１）が実行される。ステップＳ１１において棄却フラグがクリアされる。ステップＳ１２において瞬時値累積値として検出値が設定される。ステップＳ１３において瞬時値自乗累積値として検出値の自乗値が設定される。
【００９９】
このように、この実施の形態では、被測定波形の１周期平均値を毎周期算出し、その１周期平均と瞬時値データ（サンプリングされた検出値）との交差を検出して立上がり判定を実施する。具体的にはステップＳ１〜Ｓ３の処理によって実現される。
【０１００】
さらにこの実施の形態では、立上がり判定された時点を周期の区切りとして、この周期内のサンプリングデータを用いて実効値、周波数の演算等、各種の演算を実行する。この処理は図２および図３の処理によって実現される。
【０１０１】
また、被測定波形にゼロクロスが一定期間発生しない場合あるいは１周期平均値が一定値を超過した場合には、１周期平均値と波形との交点をゼロクロス（立上がり）の代用としてもよい。このための処理は、Ｓ３４〜Ｓ３８の処理によって実現可能である。
【０１０２】
さらに上述のように、図６に示された処理全体によって、ＤＣ波形のように、瞬時値データに振動成分がなく一定値が継続された状態あるいは停電状態（振動成分もなく電圧値が０の状態）が検出される。特に、ステップＳ６４またはＳ６５またはＳ７＋Ｓ７２の処理によって、実効値および周波数が設定される。瞬時値データが一定値を継続する場合には、一定期間をもって強制的に実効値が算出される。
【０１０３】
さらに上述のように、図７に示された処理によって、直前を含めて過去の計測値、計測データ等を参照値として保存しておき、強制更新と通常更新とが交互に繰り返される場合には、この参照値を利用して計測値を強制更新することができる。
【０１０４】
したがって実施の形態１によれば、次のような効果を得ることができる。まず、計測値としての実効値が不安定なことに起因して計測が不能となる事態が生じることを抑制できる。また、計測値としての実効値が実態から乖離することを防ぐことができる。したがって実効値を正しく評価できる。さらに、フィルタ処理、ＦＦＴ等といった、周波数成分を分離、抽出するための処理および機構が不要となる。すなわちこの実施の形態によれば、正負が非対称な波形を有する被測定信号の電気量を計測することが可能となる。
【０１０５】
［実施の形態２］
本発明は、計測装置として実現可能なだけでなく、電磁解析装置としても実現可能である。
【０１０６】
図１２は、本発明の第２の実施の形態に係る電磁解析装置の概略構成を示したブロック図である。図１および図１２を参照して、電磁解析装置１０Ａは、入力回路１１が省略されている点において計測装置１０と異なる。なお、図１２に示した構成も、図１に示した構成と同様に、たとえばＣＰＵ、ＤＳＰ、メモリ等のハードウェア、あるいは、ＣＰＵ、ＤＳＰ等で実行されるソフトウェア、または、ハードウェア及びソフトウェアの任意の組み合わせ等によって実現可能である。したがって、図１２に示した構成を実現するための手段は特に限定されるものではない。
【０１０７】
サンプリング回路１２には解析対象の波形が入力される。電磁解析装置１０Ａの他の部分の構成は計測装置１０の対応する部分の構成と同様であるので、以後の説明は繰り返さない。
【０１０８】
実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。さらに、実施の形態２によれば、電気量の現実の波形を電磁解析装置上で再現することによって、その電気量の実効値を確定できる。
【０１０９】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１１０】
１０  計測装置、１０Ａ  電磁解析装置、１１  入力回路、１２  サンプリング回路、１３  変換回路、１４  演算回路、１５  出力回路、１６  立上がり検出回路、１７  フィルタ、１８  採択域設定回路、１９  実効値演算回路。
【図１】
2013117431.tif 000003
【図２】
2013117431.tif 000004
【図３】
2013117431.tif 000005
【図４】
2013117431.tif 000006
【図５】
2013117431.tif 000007
【図６】
2013117431.tif 000008
【図７】
2013117431.tif 000009
【図８】
2013117431.tif 000010
【図９】
2013117431.tif 000011
【図１０】
2013117431.tif 000012
【図１１】
2013117431.tif 000013
【図１２】
2013117431.tif 000014